TC4钛合金筒形件分瓣热胀形工艺研究

研究了分瓣热胀形模具结构、模具材料及其工艺参数等对钛合金筒形件胀形精度的影响。结果表明,分瓣热胀形是高精度钛合金筒形件的一种有效成形方法,分瓣热胀形TC4钛合金φ200mm×700mm筒形件的径向尺寸精度和母线直线度分别达到±0.03mm和0.11~0.17mm。     

复合材料自动铺带技术研究——曲面铺带轨迹算法

为满足自动铺带成型工艺要求,在自由曲面上规划预浸带轨迹。采用三角形网格划分逼近自由曲面方法,将商业CAD软件导出曲面的表面三角化数据格式（STL）文件用于曲面分析,对网格信息重构,建立点、边、面之间的关联信息。算法中应用“自然路径”原理在曲面上规划预浸带轨迹,研究了曲面边界处轨迹计算问题,提出了过三角形顶点出现“奇异性”问题的解决方法。通过在曲面上求解预浸带轨迹,证明了该算法的可行性。     

自动铺丝最小间隙路径规划与复合材料锥壳结构制造

自动铺丝技术（AFP）是提高复合材料构件制造效率和降低其制造成本的关键技术和重要手段。铺放轨迹的设计是控制自动铺丝工艺质量的关键。对于复杂的结构形式，合理的铺丝路径对保证可制造性及铺贴质量至关重要。本文针对简化后的后机身锥壳特征结构，研究了基于固定角法、测地线法和变角度法的自动铺丝轨迹算法设计，解决了铺放复杂曲面满覆盖问题；总结对比获得了不同铺丝轨迹方法的特点和适用范围。以保证工艺性并满足结构设计铺层方向为原则，选用了带宽为6.35 mm的自动铺丝预浸料完成工艺验证件制造，并通过有限元分析评估了自动铺丝轨迹算法的合理性。结果表明：该结构宜采用测地线法铺放0°方向铺层以减少褶皱；采用固定角法铺放90°方向铺层能够保证连续铺放；采用结合预浸窄带侧弯试验结果的变角度轨迹规划方法铺放此锥类构件±45°方向铺层能够保持最小间隙。铺丝间隙使锥壳结构单层等效模量下降约30%，整体强度下降约10%。因而在结构优化设计时需考虑自动铺丝工艺对安全裕度影响的因素。     

基于树脂基复合材料自动铺丝工艺的轨迹设计技术探讨

针对树脂基纤维增强复合材料自动铺丝过程中出现的纤维褶皱、分层等工艺缺陷,着重探讨不同轨迹设计方法(固定角、测地线、变曲率)在抑制工艺缺陷上的优劣。对不同轨迹规划方法进行了比较,最终给出针对不同曲面特征、不同铺丝工艺要求的轨迹设计方法。     

基于CATIA三维数模的复合材料复杂曲面展开

采用高斯曲率评估曲面的可展程度,基于复合材料构件的CATIA三维数模,提取三维数模中的铺层信息,生成曲面展开所需要的单层曲面,在CATIA复合材料模块下对铺层曲面进行产品性能分析,确定曲面的不可展性,通过CATIA的"分析与仿真"功能中的高级网格划分模块对单层曲面进行有限元分析,计算出三角网格曲面模型上各点的离散高斯曲率,根据离散高斯曲面曲率最大值所在点,生成将曲面分开的剪口路径,最终将曲面进行展开.     

TC4钛合金筒形件热校形仿真分析

TC4钛合金筒形件室温弯曲成型后内应力大、回弹严重,难以达到工件要求的尺寸精度.采用热校形的方法可以消除工件内部残余应力,提高尺寸精度,热校形温度、保温时间和工件初始残余应力是影响热校形精度的重要工艺参数.通过建立筒形件热校形的顺序热力耦合有限元模型,分析了校形工艺参数对工件校形后残余应力和尺寸精度的影响,得出了筒形件热校形的合理工艺参数:加热至650℃、保温0.5h.     

基于角度与间距可控的纤维铺放轨迹规划

对于具有复杂封闭型面的零件,传统等距偏置纤维铺放轨迹规划算法难以同时保证轨迹角度及轨迹间距,使得实际纤维铺放角度与设计角度易产生偏差。为此提出了基于脊线式基准的等铺放角初始轨迹生成算法与测地线式等距偏置批量轨迹生成算法相结合的角度控制轨迹规划算法,此方法集成了等角生成算法产生初始轨迹精度高和等距偏置算法产生批量轨迹效率高的优点,并添加角度控制功能,保证每条轨迹都能满足角度范围要求,有效减小和消除了实际铺放轨迹和设计铺放轨迹之间的差异,在保证轨迹生成角度与间距的同时提高了批量轨迹生成效率。在此算法基础上,采用CATIA二次开发CAA技术和Visual Studio 2005平台开发了相应的软件,并对典型复杂构件S形进气道曲面算例进行了验证,证明了算法的有效性。     

大型复合材料丝束铺放机关键部件结构分析

对大型复合材料丝束铺放机关键部件进行了计算分析,对丝束铺放机的总体结构、网格划分及约束加载进行了介绍,详细分析了横梁和铺丝头在不同工作位置由于自重引起的丝束铺放机的变形以及变形对直线运动精度的影响。分析数据对丝束铺放机关键部件结构优化设计提供了理论依据,为横梁反变形设计提供了重要数据。     

开孔曲面自动铺放轨迹规划算法研究

为解决开孔曲面自动铺放轨迹规划问题,提出在前处理中将孔边界内外的曲面接合成完整曲面的方法,采用STL文件提取网格化曲面信息并重构开孔曲面拓扑,按照设定算法获得“连续”的铺放轨迹后,再按孔边对轨迹点进行信息整理得到后置处理所需的最终铺放轨迹点信息.研究了迭代法和投影法在轨迹线与孔边界交点的求取方法,综合比较2种算法的效率和精度后,发现投影法更适于开孔曲面的轨迹规划.根据上述算法,编写了基于VC++ 6.0平台的轨迹规划程序,以整体复合材料前机身为例进行算法验证,证明了提出的开孔曲面自动铺放轨迹规划算法的合理性和正确性.     

热塑性复合材料纤维铺放技术研究进展

自动纤维铺放技术是飞机复合材料构件自动化成型的关键制造技术之一,其又可细分为自动纤维丝铺放技术和自动纤维带铺放技术。前者适用于平面型或低曲率的曲面型,或者说准平面型复合材料构件的铺层制造;后者综合了自动纤维缠绕与自动纤维带铺放两者的优点,可实现复杂曲面型复合材料构件的铺层制造。     

具有孔洞和不规则边界的网格参数化技术

针对凸组合参数化方法难以处理具有孔洞的网格模型,以及对不规则边界的网格模型参数化的边界处变形较大的问题,提出了一种新的参数化方法,首先通过拟合变分隐式曲面修补网格上的孔洞,并构造出较规则的附加边界,最后采用凸组合参数化方法进行参数化.通过曲面拟合实验表明,该方法引入的附加数据作为曲面拟合数据,最终的拟合曲面在孔洞以及边界处具有较好的光顺性,且该方法已应用于复合材料成型模具快速设计中的参数化曲面构建.     

复杂曲面边界槽五座标数控加工的刀位计算

以两种较简单的加工──交线及底曲面的刀位计算结果产生槽加工的刀位数据。提出了刀具位置边界槽及基于边界槽的刀位计算方法。该算法中刀心位置由底面加工的刀心轨迹相对边界槽裁剪而得;刀轴矢量由边界槽空间网格划分产生。提出并证明了用于获得无干涉的和均匀变化的刀轴矢量的空间网格划分的准则。本文算法可对带岛屿及复杂曲面边界的槽进行五座标数控加工的刀位计算。     

应用机器人自动铺丝技术成型卫星反射器面板

采用自动铺丝技术成型卫星反射器面板,通过机器人平台进行自动铺丝试验。根据反射器面板抛物线方程特性,采用等距偏移方法规划铺丝轨迹;通过分析自动铺放过程中铺放压力、铺放覆盖完整性以及铺放平整性对轨迹规划的要求,确定铺放压力为0.2 MPa、铺放丝束为4丝束。同时对机器人连杆机构及参数进行分析,基于CATIA软件DMU模块对铺丝轨迹进行仿真,并在26℃、16 mm/s铺放速度下通过自动铺放试验验证了反射器面板自动铺丝工艺成型的可行性。     

强力旋压工艺

为了满足科研、生产的需要,一九七八年以来,我厂对强力旋压技术作了深入的研究。加工材料有:铝、铜、钢、钛、铌等多种合金。零件形状有:筒形、筒形收颈、锥形、曲母线复合形、折迭形等。在技术方面,对材料可旋性、毛料选择、工艺参数、模具设计、冷却润滑剂的选择、旋压铺具等都进行了研究和总结,特别是提出和论证了工艺余量计算公式和强力旋压次数公式,先后生产出重要旋压件50余项3500多件,均用于飞机、导弹、火箭、     

凸曲面拼接模具铣削过程三维有限元仿真研究

覆盖件模具具有形状复杂、材料硬度高和多硬度拼接等特点,在加工过程中易出现刀具载荷不稳定、温度过高和易发生剧烈磨损等问题,从而降低模具的表面质量和刀具的使用寿命。为揭示铣削机理,建立了凸曲面拼接模具铣削过程三维有限元仿真模型,采用三维有限元仿真的方法来对凸曲面拼接模具铣削过程进行研究。首先通过准静态试验、霍普金森压杆试验拟合出材料的本构参数,以此保证仿真结果的准确性;然后建立凸曲面拼接模具铣削过程三维热力耦合仿真模型;最后通过仿真结果研究了凸曲面拼接模具铣削过程力和温度的变化特性。研究结果为航空航天产品的模具铣削技术及刀具结构设计提供理论支持。     

薄壁焊接机匣橡皮囊胀形法校形研究

为了解决机匣冲压回弹及焊接变形问题,提出一种机匣内部橡皮囊膨胀校形工艺。以某机匣为研究对象,通过理论计算确定了机匣校形压力。借助有限元分析软件,对与机匣有相同基本特征的薄壁焊接筒形件的塑性变形受力特性及校圆行为进行了分析。模拟结果显示,筒形件的初始直径、跳动和壁厚对最终筒形件跳动校正效果有影响。利用自制的校形装置对橡皮囊胀形法校形效果进行了验证。     

大型复合材料筒形结构自动铺带技术

采用国产T300/605热熔法预浸料,对大型复合材料筒形结构自动铺带技术进行了研究.通过对自动铺带角度的工艺优化,铺带角度进行微调,实现了复合材料筒形结构的满覆盖铺放.在此基础上进行了大型复合材料筒形结构的自动铺带工艺试验,对自动铺带工艺试验件进行无损检测及取样性能测试.结果表明:预浸料铺覆性良好,自动铺带成型的预浸带间隙或重叠≤1 mm,铺带角度与理论铺带角度偏差≤0.2°.试验件成型质量良好,自动铺带技术可以满足大型复合材料结构高质量成型需求.     

圆筒状构件的多层铺丝路径生成算法

提出一种将空间曲线投影在芯模曲面上生成铺丝路径的方法以用于成型圆筒状复合材料构件.首先,在芯模外侧创建与铺丝路径相对应的特定曲线,然后将曲线按特定方向投影在指定的偏置曲面上,形成初始路径.为了使路径轨迹覆盖整个曲面,给出路径在曲面上的等距偏移方法.另外,对路径偏移中出现的缝隙给出了填补方法,并使偏移后的路径轨迹延伸至曲...     

复合材料铺丝成型中的路径规划

针对复合材料自动铺丝路径规划问题,提出了一种新的基于正交投影的铺丝路径生成算法.首先根据铺丝意图设计空间曲线,然后正交投影到铺丝面上,利用经典的微分几何方法建立特征投影曲线的微分方程,用数值方法求解得到铺丝面上数据点,并用B样条曲线拟合这些点即是铺丝参考线,再对其进行等距得到一条铺丝路径,进而得到所有路径.经过算例进行验证,该算法能实现任意方向的纤维铺放,满足铺丝技术工艺要求.应用本文的研究成果,在CATIA利用CAA中完成了自由曲面的铺丝路径仿真.     

纤维丝束可铺放性分析技术

通过对复合材料及其先进制造技术进行分析,结合铺放工艺性,提出基于三角网格的复合材料丝束可铺放性分析技术。在现有丝束基准路径和等距路径规划方法中融入分析机制,并系统分析丝束中心线转弯半径和角度偏差等指标。通过分析结果建立分区机制,将原铺层面进行区域划分,并独立进行丝束几何规划,提高制品质量。结合CATIA二次开发工具CAA在Microsoft Visual Studio 2005平台上实现丝束几何生成与分析功能,并对分析结果与分区结果的正确性进行验证。此研究为复合材料先进制造技术的发展提供了重要思路。